龙岭隧道浅埋段明挖暗做施工工艺
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摘要：本文根据厦深铁路福建段龙岭隧道施工过程中，穿越地表埋深超浅埋地段，根据参建各方现场勘踏分析，最终确定改变原设计采用明挖法施工为暗挖法施工。本文主要介绍铁路大洞径隧道穿越超浅埋层施工的地表处理工艺、超前支护、监控量测、开挖爆破、支护、衬砌等施工工艺及各部工序施工过程中的注意事项和现场施工组织安排等。总结了大洞径隧道穿越超浅埋层暗挖施工的工法工艺和经验。
关键词：隧道，明挖暗做，超浅埋,施工工艺
中图分类号：U45 文献标识码：A
一、 工程概况：
新建厦深铁路福建段龙岭隧道起讫里程为DK50+215～DK53+684,隧道全长3469米。其中在DK50+776～+788段12米为超浅埋隧道（埋深2-4m），原设计是采用明洞施工方法施工。该段属于自然冲沟，地理位置位于群山深处，仅有一条羊肠小道人员步行能够到达，无交通条件，且沟内常年有水流通过，当地百姓在此处蓄水养殖，旱季水量较小，到汛期及台风季节，山体汇水均积于此处排出。结合施工进度安排、便道条件，沟内常年积水情况及施工安全方面综合对比考虑，经比选决定采用明挖改为暗挖法施工。
二、 暗挖工法特点：
考虑到该段地层围岩较硬，为强～中风化黑云母花岗岩，地表无外力荷载受压，要求在不扰动周边坡体、洞顶地表稳定的情况下，地表累计沉降量≯30mm，洞内地下渗水、地表渗水量较小，及现场作业情况的考虑，选择台阶法+临时横撑工法施工（见图1），如发现沉降变形发生较大变化时，采用加临时竖撑支撑等相应加固措施。
图1 隧道横纵向示意图
三、适用范围：
适用于地表超浅埋深段、人工填土、地表有较小量水流、积水及穿越居住地建筑群等地段浅埋隧道。
四、工艺原理：
根据工程地质、埋深、地表水流量变化，地表沉降量变形情况，选择隧道施工过程最不利工况，进行模拟计算分析，制定及优化设计、施工参数。
浅埋施工采用超前小导管及支护钢架、系统锚杆、 锁脚锚管、临时横撑、临时竖撑组成支护系统。将开挖面分成4个部分，分部开挖以减少对围岩的扰动。建立围岩支护体系、地表、洞身监控量测系统，掌握施工过程的动态变化，根据地质报告分析、现场地质情况分析，优化调整挖护技术参数，确保施工安全。
五、施工工艺
1、地表处理
如图示，先于左线线路中线左侧15米处的自然冲沟上游设置挡水墙，
A、挡水墙厚度1.5米，高3米，基础埋置深度不下于0.5米，并设置临时直径为300mm，分流管排水。
B、地表改沟完成后，对线路左下游各15米范围内自然沟槽的杂草、虚土进行清理，沿沟采用C20砼铺砌，并与隧道中线左侧8.5米、右侧9.5米处沟槽铺砌底部设置1.5米深砼垂裙，垂裙范围内敷设φ22双层钢筋网，网格间距25×25cm。垂裙外侧沟砼铺砌厚度为40cm，采用C20耐腐蚀砼浇注，钢筋保护层厚度不小于5cm，保证以后沟内自然水流冲刷。
C、地表自然沟槽砼铺砌加固处理完成后，拆除临时挡水墙，顺接恢复原地表沟过水能力，洞内施工亦不受地表水流影响。
根据现场冲沟地表覆盖层处理情况来看，处理完成后最低标高值距洞顶开挖面高度为-30cm，考虑到后期隧道爆破扰动因素、防排水质量情况，制定地表处理采用60cm厚钢筋混凝土覆盖保护层，混凝土一次浇注成型，拱顶开挖界限侵入地表层部位，地层钢筋只布设纵向，横向钢筋在该处断开，便于后期超前小导管布置施做。
2、超前支护体系施作
根据地表水流冲刷外露岩面情况，该部位岩层为强-弱风化花岗岩，岩体节理稍发育、质较硬、呈巨块状分布，另外根据地表沉降最大变形量要求施工总沉降量不大于30mm的要求，综合确定超前小导管施作参数为：钢管长度5米每根，直径φ42，布设环向间距0.3米，每环50根。分为仰角倾斜5～15度双层布置，搭接长度为1.5米，小导管安装完后及时进行注浆，以固结拱部围岩及阻止地下水渗流到洞内。
注浆材料可采用水泥浆，当围岩破碎、地下水发育时，为调凝需要，可采用水泥-水玻璃双浆液，浆液强度不小于M10。
小导管采用热轧无缝钢管制成，管壁须钻注浆孔，呈梅花型布置，前端加工成锥形，尾部长度不小于30cm，作为不钻孔的止浆段，注浆力一般为0.5-1.0MPa。按照先护后挖的原则，超前小导管应在隧道拱部开挖前施作，实现超前小导管的作用，并确保安全。
3、 爆破参数选定
根据该段浅埋暗挖的施工特点，以及地表上方线路方向30米范围以外均有专业养殖户居民居住，现场施工严格控制开挖进尺，采用微震控制光面爆破技术，合理选择周边眼间距和最小抵抗线，辅助炮眼均匀交错呈梅花形布置，周边眼、辅助炮眼眼底在同一垂直面上，掏槽眼加深20cm，采用乳化炸药、塑料导爆管、非电毫秒雷管起爆、电雷管引爆，周边眼用小直径药卷间隔装药，辅助眼和掏槽眼采用连续装药结构，所有炮眼用黄泥堵塞，周边眼堵塞长度不小于20cm，采用毫秒微差有序起爆，一般周边眼采用导爆索起爆，以减小起爆时差。
将掏槽区尽量靠近断面底部不大于5cm，以增大掏槽爆破时爆源至地表的距离，减轻掏槽爆破对地表层的震动影响。掏槽所在区域每炮循环进尺为0.8米，中间每炮循环进尺0.6米，起爆顺序为：掏槽孔-主炮孔-辅助孔-光爆孔。
4、暗洞施工作业顺序
台阶法加临时横撑适用于浅埋段或断层破碎带。根据现场实际情况，保持合理的分部开挖断面尺寸及进尺速度。上下台阶长度控制在15米以内，并尽量缩短各部台阶长度，现场采用短进尺、弱爆破控制爆破规模，减少对地表层的扰动，超挖应控制在50mm以内，不得欠挖。
施工工序（参照图1所示），在上一循环段的超前支护防护下，弱爆破开挖①部，紧接施作①部台阶周边的初期支护：初喷砼，架立钢架，铺设钢筋网，并钻设径向锚杆后复喷砼至设计强度，架设①底部的工18临时横撑。
弱爆破开挖②部，紧接施作②部台阶周边的初期支护：初喷砼，接长钢架，铺设钢筋网，钻设径向锚杆后复喷砼至设计强度。弱爆破开挖③部，施作边墙初期支护。弱爆破开挖④部，施作隧底喷射砼，必要时在墙脚处设置临时横撑。在滞后④部一段距离后灌注⑤部仰拱与边墙基础。
待砼达到初凝后，灌注仰拱填充⑥部至设计标高根据监控量测结果分析，确定二次模筑衬砌施作时机，拆除临时横撑，利用模板台车一次性灌注⑦部衬砌。
当钢架拱脚下沉或内移时，可以加大工18横向支撑的矢高，并在拱脚增设斜撑。施工台阶长度根据施工机具条件情况确定，一般不大于10米，且仰拱至掌子面距离不大于30米。
开挖和初期支护供需衔接紧密，各部工序环节以 “短、平、快”的基本要求合理组织安排、紧密配合。开挖排险完成后立即对开挖面进行混凝土初喷，同时支护钢架在加工厂提前预制完成，拱部钢架按三节拼装，拼装接头时严格按要求上紧连接螺栓及连接垫板，连接钢板与钢架密贴，并对接头焊接牢固。
5、监控量测
施工中宜将量测工作作为关键工序列入现场组织，对地表沉降变形、支护体系的稳定性进行判别，其主要目的在于确保现场施工安全及结构的长期稳定，验证支护结构效果，确认支护参数和施工方法的准确性，为调整支护参数和施工方法提供依据，确定二次衬砌施作时间，监控爆破开挖对周围环境、居民心理、结构物的影响程度等，保证安全。地表沉降观测点按垂直线路方向横向间距1.5米，纵向间距5米，布设17个地表下沉降观测点，洞内围岩监控量测点按纵向5米间距布设，量测数据有较大变化时必须加密量测频率，并设专人观察洞内围岩，支护变化情况，并将量测数据分析及时反馈给施工负责人。
表1.现场参控测量
地表沉降观测为浅埋暗挖段施工主要量测重点内容，目的为必须确保对周围居民生活居住、洞内施工人员的安全，地表下沉量测的测点应与水平净空相对变化和拱顶测点布置在同一横断面。地表下沉量测应在开挖工作面前方H+h（隧道埋置深度+隧道高度）处开始，直到衬砌结构封闭、下沉基本停止为止，量测频率应和拱顶下沉及水平净空变化的量测频率相同。
监控量测应及时根据量测数据绘制水平相对净空变化，拱顶下沉时态曲线及水平相对净空变化，拱顶下沉与距开挖工作面的关系图，和控制基准值进行比较，对初期的时态曲线回归分析，预测可能出现的最大拱顶下沉及水平相对净空变化值。
6、二次衬砌
仰拱施作以6～12米为宜，严格控制超挖，钢架严禁悬空，基底清理不得有虚渣、积水，支护、钢筋、模板工序紧密衔接，钢筋接头焊接必须满足要求，砼施工严格控制配合比，砼采用输送泵泵送施工，灌注时应两边对称进行浇注，一次成型，严禁分幅施工。配备足够的施工人员机械，保证砼振捣到位，止水带安装须顺直，埋设深度须满足要求，接头搭接部位采用热熔焊接平顺、牢固。砼面收平采用刮尺、木抹第一次按标高收平，待40～60分钟后采用铁抹二次收面。
拱墙二次衬砌施工前对支护面外露锚杆头、钢筋头进行削平、打磨，防止刺破防水系统。对渗漏水量较集中部位，埋设环向盲管，予以分流，铺挂防水层时注意防水层接头搭接质量，保证防水层质量。钢筋施作时注意对防水层的保护，加强防水层的检查，发现有破坏、刺漏部位，按要求进行修补。衬砌模板台车须有足够的刚度，模板定位加固牢固，复核各部位尺寸是否正确。二衬砼施工采用泵送施工，浇注时两侧对称浇注，振捣采用人工振捣棒伸入窗口振捣，及模板平板振捣器捣固到位，施工员在窗口观察。封顶砼泵送压力宜适当加大，由前一模搭接接头向模板端头一段一段向前赶，保证拱顶砼密实。
六、安全措施
1、建立健全施工安全组织结构和安全质量保证体系，明确各级施工责任人员。
2、施工前召开安全技术交底会，对全体施工人员做好安全专项技术交底培训工作，做好施工过程安全注意事项教育工作。
3、详细制定施工安全各种应急预案，并组织演练。
5、施工中严格遵循《铁路工程施工安全技术规程》和施工组织设计要求。
6、配备足够数量的安全用具、用品。
7、由项目负责人、安全总监、专职安全员带头做好安全巡查工作，全员做到自律自规、相互监督,将安全时刻放在每个人心中。
七、结束语
隧道浅埋明挖改暗挖施工，降低了施工征地、用地、征迁工作，缩短了施工工期，减少了施工对当地环境的影响，降低了明挖后造成的高边坡施工的重大危险源，为浅埋隧道施工积累经验。本段施工从开始穿越至衬砌结束仅用了十天便顺利通过，减少了工、料、机、临时设施的投入，暗挖法也为本项目从工期到投入创造了较大经济效益。
参考文献：
1、中铁二院工程集团有限公司，《龙岭隧道设计图》，成都，2008
2、薛吉冈《客运专线铁路工程施工质量验收标准应用指南》2005.北京
3、中铁二院工程集团有限公司，《双线隧道复合式衬砌（有砟）》，成都，2008
4、铁道部中铁二院工程集团有限责任公司《铁路隧道监控量测额技术规程》TB10121-2007,
J721-2007
5、朱永全、宋香玉。《隧道工程》第二版，北京：中国铁道出版社，2008
作者简介：陈春安（1963-），男，工程师。